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CN101253642B - 电池 - Google Patents

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CN101253642B CN2006800315448A CN200680031544A CN101253642B CN 101253642 B CN101253642 B CN 101253642B CN 2006800315448 A CN2006800315448 A CN 2006800315448A CN 200680031544 A CN200680031544 A CN 200680031544A CN 101253642 B CN101253642 B CN 101253642B
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Abstract

本发明的电池，包含第1电极、第2电极、介于它们之间的隔膜以及具有锂离子传导性的电解质，第1电极和第2电极隔着隔膜卷绕而构成电极组件，第1电极包含集电体和担载于集电体的一个面上的活性物质层，活性物质层包含具有底部和头部的柱状粒子，柱状粒子的底部与集电体附着，柱状粒子的头部比底部更靠电极组件的外周侧。

Description

电池
技术领域
本发明涉及电池，详细地说，涉及包含集电体和担载于集电体的活性物质层的电极的电池，其中，活性物质层含有柱状粒子。
背景技术
近年，作为非水电解质二次电池的电极材料，包含高容量的元素的材料备受注目。例如，包含硅(Si)或锡(Sn)的材料作为高容量的负极活性物质备受注目。Si的理论放电容量约4199mAh/g，相当于石墨的理论放电容量的约11倍。
但是，这些活性物质在吸入锂离子时构造显著变化并膨胀。结果，活性物质粒子分裂，或者活性物质从集电体剥离。因此，有活性物质和集电体之间的电子传导性降低，电池特性(特别是循环特性)降低的情况。
因而，提出了采用包含Si或Sn的氧化物、氮化物、氮氧化物等的方案。包含它们的活性物质，放电容量虽然有若干降低，但是膨胀收缩减轻。另外，提出了在活性物质层设置缓和在锂离子吸入时的膨胀的空间的提案(专利文献1～3)。
专利文献1提出在集电体上以规定的图形形成包含柱状粒子的活性物质层。负活性物质层的形成采用光刻法和电镀技术。通过将活性物质形成为柱状，在活性物质层形成空隙，缓和活性物质的膨胀及收缩所产生的应力，避免活性物质的破坏。
专利文献2公开了包含对集电体的法线方向倾斜的活性物质粒子的电极。通过使活性物质粒子相对于集电体的法线方向倾斜，可缓和活性物质的膨胀及收缩所产生的应力，抑制活性物质层的破坏和从集电体的剥离。因此，循环特性等的电池特性提高。
专利文献3公开了生长对长条的集电体的法线方向倾斜的活性物质粒子的方法。长条的集电体从卷出辊运送到成膜辊。从靶向成膜辊上的集电体入射可吸入及放出锂的元素(活性物质源)。在集电体和靶之间配置遮蔽活性物质源的掩模，使活性物质源不从垂直方向入射集电体的表面。
专利文献1：特开2004-127561号公报
专利文献2：特开2006-155958号公报
专利文献3：特开2005-196970号公报
专利文献1的负极中，活性物质粒子(柱状粒子)沿集电体的法线方向直立。因此，活性物质膨胀时，电极从上下方向容易受到强的压力。例如，从邻接的隔膜对电极施加沿集电体的法线方向的强压力。另外，由于粒子间存在空隙，各个柱状粒子孤立，柱状粒子的机械强度必定不高。因此，由于来自上下方向的压力，或者隔膜的细孔变形，或者活性物质粒子被破坏。结果，电池的循环特性和速率特性降低。
专利文献2、3的电极，在缓和活性物质的膨胀及收缩所产生的应力方面是有效的，在电池特性的提高方面也获得一定的效果。但是，期望通过进一步的应力缓和，提高电池特性。
发明内容
本发明的目的是提供：通过有效缓和高容量的活性物质的膨胀及收缩所产生的应力而可靠性高、具备优异特性的电池。
本发明的电池，包含第1电极、第2电极、介于它们之间的隔膜以及具有锂离子传导性的电解质，第1电极和第2电极与介于其间的隔膜卷绕而构成电极组件，第1电极包含集电体和担载于集电体的一个面上的活性物质层，活性物质层包含具有底部和头部的柱状粒子，柱状粒子的底部与集电体附着，柱状粒子的头部比底部更靠电极组件的外周侧。
其中，从柱状粒子的底部朝向头部的方向(柱状粒子的生长方向)与集电体的法线方向所成的角度理想为20°～70°。
从柱状粒子的底部朝向头部的方向的与集电体平行的分量与电极组件的卷绕轴所成的角度理想为大于等于80°且小于等于100°。
柱状粒子理想为以向集电体侧凸出的方式弯曲。
柱状粒子理想为包含选自硅单质、硅合金、含硅和氧的化合物、含硅和氮的化合物、锡单质、锡合金、含锡和氧的化合物、以及含锡和氮的化合物中的至少一种。
本发明的电池，包含第1电极、第2电极、介于它们之间的隔膜以及具有锂离子传导性的电解质，第1电极和第2电极与介于其间的隔膜卷绕而构成电极组件，第1电极包含集电体、担载于集电体的一个面上的第1活性物质层以及担载于集电体的另一个面上的第2活性物质层，第1活性物质层包含具有底部和头部的柱状粒子A，柱状粒子A的底部与集电体附着，第2活性物质层包含具有底部和头部的柱状粒子B，柱状粒子B的底部与集电体附着，柱状粒子A的头部比底部更靠电极组件的外周侧，柱状粒子B的头部比底部更靠电极组件的外周侧。
其中，从柱状粒子A的底部朝向头部的方向(柱状粒子A的生长方向)的与集电体平行的分量与从柱状粒子B的底部朝向头部的方向(柱状粒子B的生长方向)的与集电体平行的分量所成的角度理想为大于等于0°且小于等于90°。
从柱状粒子A的底部朝向头部的方向与集电体的法线方向所成的角度理想为20°～70°，从柱状粒子B的底部朝向头部的方向与集电体的法线方向所成的角度理想为20°～70°。
从柱状粒子A的底部朝向头部的方向的与集电体平行的分量与电极组件的卷绕轴所成的角度理想为大于等于80°且小于等于100°，从柱状粒子B的底部朝向头部的方向的与集电体平行的分量与电极组件的卷绕轴所成的角度理想为大于等于80°且小于等于100°。
柱状粒子A以向集电体侧凸出的方式弯曲，柱状粒子B以向集电体侧凸出的方式弯曲。
柱状粒子A及柱状粒子B分别包含选自硅单质、硅合金、含硅和氧的化合物、含硅和氮的化合物、锡单质、锡合金、含锡和氧的化合物、以及含锡和氮的化合物中的至少一种。
本发明尤其在第1电极是负极时有效，但是本发明也包含第1电极是正极的情况。另外，本发明也包含第2电极具有与第1电极同样的上述构造的情况。
本发明中，集电体的法线方向是指垂直集电体的表面且从集电体的表面离开的方向。集电体的表面从微观上看往往具有凹凸，但是目视为平坦，因此集电体的法线方向可唯一地确定。
本发明中，除了特别进行区别的场合，从柱状粒子的底部朝向头部的方向看成与柱状粒子的生长方向相同。
从柱状粒子的底部朝向头部的方向和集电体的法线方向所成角度β，例如可用电子显微镜(SEM等)求出。采用电子显微镜时，与集电体的法线方向平行且与柱状粒子的生长方向平行地切断活性物质层，观察其截面(以下，称截面C)。
截面C中，求出与集电体的表面及活性物质层的表面相当的平均线。求出与获得的二根平均线等距离的直线L。直线L与表示柱状粒子的轮廓的曲线在二点相交。二个交点中，分别求出柱状粒子的轮廓的切线。求出这些切线和集电体的法线方向所成角度β1及β2。此时，从柱状粒子的底部朝向头部的方向和集电体的法线方向所成角度β用β＝(β1+β2)/2求出。另外，平均线是定义表面粗糙度Ra的JIS规格(JIS B 0601-1994)中采用的用语，指从粗糙度曲线的平均值求出的直线。
即使柱状粒子的生长方向随着从柱状粒子的底部朝向头部而变化，柱状粒子的生长方向的与集电体平行的分量可通过制造方法唯一地被确定。因此，截面C也唯一地被确定。例如，求出通过蒸发的活性物质源的中心和距离活性物质源的中心最近的集电体上的点的与铅直方向平行的平面。该平面与集电体相交的直线平行于柱状粒子的生长方向的与集电体平行的分量。
从柱状粒子的底部朝向头部的方向的与集电体平行的分量和电极组件的卷绕轴所成角度γ也同样可唯一地被确定。另外，从柱状粒子A的底部朝向头部的方向的与集电体平行的分量和从柱状粒子B的底部朝向头部的方向的与集电体平行的分量所成角度α也同样被唯一地确定。
角度β及γ最好分别对至少10个柱状粒子测定，求出其平均值。角度α也最好对至少10组的柱状粒子对测定，求出其平均值。另外，角度β由于电池的充放电，有逐渐变小的倾向。因此，角度β的评价，最好用刚制造的电极、刚制造的未使用的电池所包含的电极，或者，仅仅进行10次以下充放电的电池所包含的电极进行。
本发明的电池是锂二次电池时，第1电极及第2电极中的一方是可吸入及放出锂离子的正极，另一方是可吸入及放出锂离子的负极。正极及负极在锂离子吸入时膨胀，在锂离子放出时收缩。但是，负极的膨胀及收缩与正极相比大得多。因此，本发明，尤其是在下述锂二次电池中可获得好的效果，即，该锂二次电池，负极包含集电体和担载于集电体的活性物质层，活性物质层包含具有底部和头部的柱状粒子，柱状粒子的底部与集电体附着，柱状粒子的头部比底部更靠近电极组件的外周侧。
本发明的电池可减轻活性物质膨胀时对隔膜或活性物质层施加的压力，可有效防止电池的缺陷。本发明的效果在采用膨胀和收缩显著的高容量的活性物质时尤其显著。活性物质膨胀时，通过减轻对隔膜或活性物质层施加的压力，可维持活性物质粒子(柱状粒子)的形状(变形的抑制)，也可确保隔膜的细孔。结果，提高了电池的速率特性和循环特性。
附图说明
图1是本发明一实施例的电池具备的电极组件的构造示意图。
图2是本发明其他实施例的电池具备的电极组件的构造示意图。
图3是表示集电体和活性物质层所包含的柱状粒子的力学关系图。
图4是概念表示电极组件具有的电极的集电体上形成的一个柱状粒子的立体图。
图5是表示集电体和其一面担载的第1活性物质层所包含的柱状粒子以及另一面担载的第2活性物质层所包含的柱状粒子的力学关系图。
图6A是表示集电体和其一面担载的第1活性物质层所包含的柱状粒子以及另一面担载的第2活性物质层所包含的柱状粒子的关系的概略图。
图6B是表示柱状粒子膨胀时对隔膜施加的压力在与集电体平行的面的方向的一例的概念图。
图6C是表示柱状粒子膨胀时对隔膜施加的压力在与集电体平行的面的方向的另一例的概念图。
图7是表示弯曲成向集电体侧凸起的柱状粒子的一例和弯曲成向集电体侧凹陷的柱状粒子的一例的示图。
图8是适用于本发明的电池的电极的一例的部分截面图。
图9是仅概念表示图8的第1活性物质层所包含的一个柱状粒子及第2活性物质层所包含的一个柱状粒子的示图。
图10是传统的电极的一例的概念图。
图11是电极的制造装置的一例的截面概略图。
图12是电极的制造装置的另一例的截面概略图。
图13是电极的制造装置的又一例的截面概略图。
图14是电极的制造装置的又一例的截面概略图。
图15是展开圆筒型电池的一例的一部分的截面立体图。
图16是表示实施例及比较例的电极组件和负极活性物质层的柱状粒子的倾斜方向的关系的示图。
图17A是表示实施例1及比较例1的电池的放电容量和充放电循环数的关系的示图。
图17B是表示实施例2及比较例2的电池的放电容量和充放电循环数的关系的示图。
图18是柱状粒子具有锯齿形状时本发明一实施例的示图。
图19是柱状粒子具有螺旋形状时本发明一实施例的示图。
具体实施方式
以下，参照图面说明本发明的实施例。
图1是本发明一实施例的电池具备的电极组件的构造示意图。
图1(a)是从一方的底面侧观察部分展开的圆柱状的电极组件11的示图。如图1(a)所示，电极组件11包含带状的第1电极12、带状的第2电极13和在它们之间配置的带状的隔膜14。第1电极12和第2电极13介有隔膜14而卷绕。带状的隔膜14最好比带状的第1极12及带状的第2电极13宽，以确保第1电极和第2电极之间的绝缘性。
图1(b)是图1(a)的虚线X所包围的区域的放大示意图，表示第1电极12的截面。第2电极13的截面可以是与第1电极同样的构造，也可以是不同的构造。第1电极12包含集电体15和在其一侧面担载的活性物质层16。活性物质层16包含具有底部18a和头部18b的柱状粒子18，柱状粒子18的底部18a与集电体15附着。柱状粒子18的头部18b与底部18a相比，处于更靠电极组件11的外周侧(Do)的位置。
从柱状粒子18的底部18a朝向头部18b的轴18c相对于集电体15的法线方向N倾斜。另外，轴18c上的点P随着底部18a朝向头部18b，从电极组件11的内周侧(Di)向外周侧(Do)移动。
图2是本发明其他实施例的电池具备的电极组件的构造示意图。
图2(a)是从一个底面侧观察部分展开的圆柱状的电极组件21的图。如图2(a)所示，电极组件21包含带状的第1电极22、带状的第2电极23和配置在它们之间的带状的隔膜24。第1电极22和第2电极23介有隔膜24而卷绕。带状的隔膜24最好比带状的第1电极22及带状的第2电极23宽，以确保第1电极和第2电极之间的绝缘性。
图2(b)是图2(a)的虚线Y所包围的区域的放大示意图，表示第1电极22的截面。第2电极23的截面可以是与第1电极同样的构造，也可以是不同的构造。第1电极22包含集电体25、在其一侧面担载的第1活性物质层26和在另一侧面担载的第2活性物质层27。第1活性物质层26包含具有底部28a和头部28b的柱状粒子A28，柱状粒子28的底部28a与集电体25附着。同样，第2活性物质层27包含具有底部28a’和头部28b’的柱状粒子B28’，柱状粒子28’的底部28a’与集电体25附着。柱状粒子28的头部28b与底部28a相比，处于更靠电极组件21的外周侧(Do)的位置。柱状粒子28’的头部28b’与底部28a’相比，处于更靠电极组件21的外周侧(Do)的位置。
从柱状粒子28的底部28a朝向头部28b的轴28c，相对于集电体25的法线方向N倾斜。另外，轴28c上的点Q随着从底部28a朝向头部28b，从电极组件21的内周侧(Di)向外周侧(Do)移动。
同样，从柱状粒子28’的底部28a’朝向头部28b’的轴28c’，相对于集电体25的法线方向N’倾斜。另外，轴28c’上的点Q’随着从底部28a’朝向头部28b’，从电极组件21的内周侧(Di)向外周侧(Do)移动。
柱状粒子不必是严密的圆柱状或角柱状的粒子，只要近似柱状即可。另外，柱状粒子在其长度方向上直径(粗细)可变化。随着从与集电体的接合部(底部)远离，柱状粒子的直径可变大。柱状粒子也可以弯曲。
这里，电极组件的内周侧是指靠近电极组件的卷绕轴一方的电极上的位置。电极组件的卷绕轴是将第1电极和第2电极在它们之间介有隔膜开始卷绕的位置，相当于电极组件的中心。电极组件的外周侧是指距离电极组件的卷绕轴较远一方(靠近卷绕结束位置的一方)的电极上的位置。
从柱状粒子的底部朝向头部的轴，与柱状粒子的截面中的中心线同义。柱状粒子为圆柱状的场合，从柱状粒子的底部朝向头部的轴相当于圆柱的中心轴。
本发明的效果参照图3进行说明。图3表示集电体35和活性物质层所包含的柱状粒子38的力学关系。这里，为了方便概念地表示了仅仅一个柱状粒子38。柱状粒子38的头部38b与底部38a相比，处于更靠电极组件的外周侧的位置。这里，电极组件的外周侧(Do)为图3的左侧，内周侧(Di)为右侧。从柱状粒子38的底部38a朝向头部38b的方向和集电体35的法线方向N形成角度β3。
柱状粒子38在例如吸入锂离子而膨胀的场合，相对于底部38a的作用点R，斜方向的力(F3’)起作用。但是，电极组件中，柱状粒子38的头部38b被隔膜等按押。因此，对于集电体35，与F3’反方向的力(F3)作用于作用点R。此时，与F3的集电体35平行的分量f3使集电体35向电极组件的内周侧(Di)移动。结果，图3中，电极全体向内周侧移动。
电极全体向电极组件的内周侧移动时，在电极组件产生松动。即，本发明中，活性物质膨胀时，电极组件稍微松动，在电极组件内产生微小间隙。因此，因活性物质的膨胀产生的应力被缓和，抑制了活性物质层的破损。而且，对电极的隔膜的压力弱化，隔膜容易维持细孔的形状。
从柱状粒子的底部至头部的轴与集电体的法线方向所成的角度β(图3中是角度β3)期望在20°以上、70°以下，最好在25°以上、50°以下。角度β在活性物质层所包含的全部柱状粒子中，可以是相同角度，也可以是不同角度。但是，所有柱状粒子的角度β最好分布在20°以上、70°以下的范围。角度β不足20°时，活性物质膨胀时发生的力(图3中为F3’)的方向靠近集电体的法线方向，作为活性物质膨胀的结果而产生的集电体的移动量在例如1/3程度以下。本发明的效果变小。另一方面，角度β超过70°时，集电体和柱状粒子的底部的粘接强度降低，本发明的效果变小。
另外，角度超过70°时，用气相法形成活性物质层时存在困难。例如，必须使活性物质源的蒸气入射集电体的方向接近与集电体的表面大致平行的方向(例如10°以内程度)。结果，活性物质源的利用效率低，在现实的生产性方面不利。
图4是仅仅概念表示电极组件41具有的一方的电极42的集电体上形成的一个柱状粒子48的立体图。图4表示从柱状粒子48的底部朝向头部的方向(柱状粒子48的生长方向)D4的与集电体平行的分量d4和电极组件的卷绕轴A4的关系。通过柱状粒子48的底部的点S且与卷绕轴A4平行的直线L和柱状粒子48的生长方向D4的与集电体平行的分量d4形成角度γ4。角度γ4与生长方向D4的与集电体平行的分量和电极组件41的卷绕轴A4所成的角度γ同义。另外，点S中，内周侧是由虚线箭头表示的方向(图4的左侧)，外周侧是其逆方向。即，d4的方向与从电极组件的内周侧朝向外周侧的方向一致。
从柱状粒子的底部朝向头部的方向(柱状粒子的生长方向)的与集电体平行的分量和电极组件的卷绕轴所成的角度γ最好在90°附近，例如80°以上、100°以下。即，从柱状粒子的底部朝向头部的方向的与集电体平行的分量最好相对于卷绕轴垂直，或者接近垂直。通过使角度γ在90°附近，在活性物质膨胀时，集电体变得容易移动。结果，电极组件中容易产生松动，活性物质的膨胀应力容易被缓和，隔膜的细孔也容易被确保。因此，可期待电池的循环特性和速率特性的有效提高。
活性物质层在集电体的两面形成时，本发明的效果变大。图5表示集电体55和其一侧面担载的第1活性物质层所包含的柱状粒子58以及另一侧面担载的第2活性物质层所包含的柱状粒子58’的力学关系。这里，为了方便，仅仅概念地表示了第1活性物质层所包含的一个柱状粒子58及第2活性物质层所包含的一个柱状粒子58’。电极组件的内周侧(Di)成为图5的右侧，外周侧(Do)成为左侧。
集电体55的各个面中的柱状粒子58及58’，在膨胀时由于与图3同样的理由，产生使集电体55向电极组件的内周侧移动的力(f5及f5’)。因此，与仅仅在单面形成包含柱状粒子的活性物质层的场合相比，使电极向内周侧移动的力达到2倍。因此，本发明的效果变大。
图6A是表示集电体65、其一侧面担载的第1活性物质层所包含的柱状粒子68和另一侧面担载的第2活性物质层所包含的柱状粒子68’的关系的概略图。从柱状粒子68的底部68a朝向头部68b的方向D6和集电体65的法线方向N形成角β6。同样，从柱状粒子68’的底部68a’朝向头部68b’的方向D6’和集电体65的法线方向N’形成角β6’。
这里，D6的与集电体65平行的分量d6和D6’的与集电体65平行的分量d6’所成的角度α最好在0°以上，90°以下。柱状粒子膨胀时，对分别与电极的两面邻接的隔膜施加压力。对隔膜施加的压力的与集电体平行的分量作用于d6及d6’的方向。角度α为90°时，对与电极的一个面邻接的隔膜施加的力和对与另一个面邻接的隔膜施加的力正交(参照图6B)。另一方面，角度α为0°时，在两侧的隔膜，施加相互平行的力(参照图6C)。作为其反作用，集电体65中，在角度α为90°时施加正交的力，在角度α为0°时施加平行的力。此时对集电体的力作用于d6及d6’的逆方向。另外，图6B及图6C分别表示与集电体平行的面中的d6和d6’的关系。
柱状粒子膨胀时，从抑制在隔膜及集电体中产生褶皱的观点看，角度α宜在0°以上60°以下，在0°以上30°以下更好，最好为0°。
集电体的两面中的活性物质层的构造最好为大致对称。例如在图6A的场合，最好满足角度α＝0°及角度β6＝β6’，集电体65的一侧面担载的第1活性物质层的厚度和另一侧面担载的第2活性物质层的厚度大致相等。这样的对称状态中，各个柱状粒子没有必要相对于集电体为完全的面对称，只要两面的活性物质层作为整体为平均的面对称即可。
柱状粒子可弯曲。即，柱状粒子可形成弓形。例如，柱状粒子可弯曲成向集电体侧凸起或者向集电体侧凹陷。其中，柱状粒子最好弯曲成向集电体侧凸起。
图7表示弯曲成向集电体75侧凸起的柱状粒子78A的一例和向集电体75侧凹陷的柱状粒子78B的一例。柱状粒子弯曲成向集电体侧凸起的场合与向集电体侧凹陷的场合相比，在柱状粒子膨胀时，电极易于移动(电极组件易于松动)。这是因为，柱状粒子78A的底部附近产生的力(F7A)的与集电体平行的分量(f7A)，大于柱状粒子的头部附近产生的力(F7A’)的与集电体平行的分量(f7A’)，电极易于移动。柱状粒子弯曲成向集电体侧凹陷的场合，相反地，柱状粒子的底部附近产生的力(F7B)的与集电体平行的分量(f7B)小于头部附近产生的力(F7B’)的与集电体平行的分量(f7B’)。
图8是适用于本发明的电池的电极的一例的部分截面图。电极80具有在片状的集电体82的第1面(图8为上表面)形成的第1活性物质层81和在集电体82的另一面(图8为下表面)形成的第2活性物质层81’。第1活性物质层81包含相对于集电体82的法线方向N倾斜的多个粒子84。同样，第2活性物质层81’包含相对于集电体82的法线方向N’倾斜的多个粒子84’。多个粒子84及多个粒子84’都以向集电体82侧凸起的方式生长成弓形。
图9仅仅概念地表示了第1活性物质层所包含的一个粒子84及第2活性物质层所包含的一个粒子84’。粒子84的生长方向D9(即从粒子84的底部朝向头部的方向)与法线方向N形成角度β9。同样，粒子84’的生长方向D9’(即从粒子84’的底部朝向头部的方向)与法线方向N’形成角度β9’。这里，D9的与集电体82平行的分量用d9表示。同样，方向D9’的与集电体82平行的分量用d9’表示。此时，方向d9和方向d9’所成的角度在0°以上，90°以下。角度α宜在0°以上、60°以下，在0°以上30°以下更好，最好为0°。
角度β9和β9’没有必要是相同角度。角度β9和β9’均宜在20°以上70°以下，在25°以上50°以下更好。另外，第1活性物质层81的所有粒子84不必具有相同角度β9，各粒子在20°以上70°以下即可。同样，第2活性物质层81’的所有粒子84’不必具有相同角度β9’，各粒子在20°以上70°以下即可。
在图10所示的电极100的场合，在集电体102上担载第1活性物质层101及第2活性物质层101’，各活性物质层所包含的粒子104及104’分别与集电体102的法线方向N及N’平行。在采用这样的电极100的电池中，活性物质膨胀时，隔膜和电极分别被施加垂直方向的压力。另一方面，在采用如图8所示电极80那样的电极的电池中，隔膜和电极分别被施加斜方向的压力。因此，隔膜和活性物质层受到的损害降低。结果，获得速率特性和循环特性佳的电池。
活性物质层所包含的活性物质只要是可以与锂发生电化反应，没有特别限制。但是，为负极活性物质的场合，由于与锂的反应性比较高，可期待高容量，所以最好包含选自硅单质、硅合金、含硅和氧的化合物、含硅和氮的化合物、锡单质、锡合金、含锡和氧的化合物、以及含锡和氮的化合物中的至少一种。采用这些活性物质时，本发明的效果显著。
为正极活性物质的场合，例如，最好包含过渡金属氧化物。例如，可采用钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)等的含锂的过渡金属氧化物，但是不限于此。负极活性物质层包含相对于集电体的法线方向倾斜的柱状粒子的场合，正极活性物质层可用与负极活性物质层同样的柱状粒子构成，也可用包含正极活性物质和粘接剂的合剂构成。
活性物质层的厚度根据需要制作的电池的性能而异，大概在3～40μm的范围。活性物质层的厚度不足3μm时，活性物质占整个电池的比例小，电池的能量密度低。另外，活性物质层的厚度超过40μm时，集电体和活性物质层的界面中的应力变大，可能发生集电体变形等的情况。
从活性物质和锂的反应性的观点看，活性物质最好为非晶体或低结晶性。这里，低结晶性是指晶粒(微晶：crystallite)的粒径在50nm以下的状态。晶粒的粒径，是在X线衍射分析所得的衍射像中，根据强度最大的峰值的一半幅度，通过Scherrer式算出。非晶体是指在X线衍射分析所得的衍射像中，在2θ＝15～40°的范围看不到尖锐的波峰，而具有宽的波峰(例如耙形图案)。
负极的集电体可采用例如包含铜、镍等的金属箔。正极的集电体可采用例如包含铝、镍、钛等的金属箔。金属箔最好是长条的片状。从集电体的强度、电池的体积效率，集电体的处理容易性等的观点看，金属箔的厚度宜为4～30μm，5～10μm更佳。金属箔的表面可以是平滑的，但是为了提高与活性物质层的附着强度，也可采用表面粗糙度Ra＝0.1～4μm程度的具有凹凸的金属箔。金属箔的凹凸也有在活性物质层所包含的柱状粒子间形成空隙的作用。从与活性物质层的附着力、成本等的观点看，最好采用Ra＝0.4～2.5μm的金属箔。
接着，举例说明本发明中采用的电极的制作方法。
图1～9所示的电极，按照规定的方法在集电体上担载活性物质层而获得。在集电体上担载活性物质层的方法，只要是能够形成相对于集电体的法线方向倾斜的柱状粒子的方法即可，没有特别限定。但是，最好采用蒸镀法、溅射法、CVD法等的干式处理。例如，通过使活性物质源蒸发，相对于集电体的表面从斜方向入射，获得包含相对于集电体的法线方向倾斜的柱状粒子的活性物质层。
图11是表示电极的制造装置的一例的截面概略图。制造装置110具备真空室111和使其内部维持真空的排气泵(未图示)。在装入有活性物质源112的容器113的上方，设置与水平面形成角度θ的平坦固定台114。在固定台114的表面固定集电体115。通过加热手段加热活性物质源使其蒸发。
形成包含氧化物、氮化物的活性物质层时，可以直接蒸发氧化物、氮化物的活性物质源，也可以在氧气氛和氮气氛中使未包含氧、氮的活性物质源(例如硅、锡)蒸发。在集电体的两面形成活性物质层时，在集电体的一个面形成第1活性物质层后翻转集电体，在另一面形成第2活性物质层。
图12是表示电极的制造装置的其他一例的截面概略图。制造装置120适于在长条的集电体(金属箔)连续地形成活性物质层。制造装置120具备真空室121和使其内部维持真空的排气泵122。从卷出辊123卷出的长条的集电体124在输送辊125a及125b输送，沿圆筒状的筒126的圆周面行进。集电体124和筒126通过具有开口的遮蔽板128从下方遮蔽。遮蔽板128的开口设于输送辊125b和筒126之间。该状态下，在遮蔽板128的开口的下方设置收容活性物质源129a的容器129，使活性物质源蒸发。从而，集电体124在沿斜方向从输送辊125b移动到筒126的圆周面为止时，从下方供给的活性物质源的蒸气斜方向入射集电体的表面。然后，担载活性物质层的集电体(电极)在输送辊125c及125d输送，由卷取辊127卷取。
从下方供给的活性物质源的蒸气的对集电体表面的入射角度(集电体的法线方向和活性物质源的蒸气的入射方向所成角度)随着集电体从输送辊125b接近筒126的圆周面而变小。因此，柱状粒子弯曲成向集电体侧凸起。集电体的输送方向相反时，柱状粒子弯曲成向集电体侧凹陷。另外，随着集电体从输送辊125b接近筒126的圆周面，集电体附近的活性物质源的蒸气量变多。另外，随着柱状粒子的生长，其头部的露出变大，因此，柱状粒子的粒径在头部附近大于底部附近。
图13是表示电极的制造装置的另一例的截面概略图。制造装置130具备真空室131和使其内部维持真空的排气泵132。从气导入管1302可根据需要向真空室131内导入氧和氮。从卷出辊133卷出的长条的集电体134，通过输送辊135a，沿圆筒状的第1筒136的圆周面行进。然后，集电体134通过输送辊135b～135e，以翻转状态沿圆筒状的第2筒137的圆周面行进。最后，通过输送辊135f，由卷取辊138卷取。
第1筒136及第2筒137，由具有开口的遮蔽板139向下方遮蔽。遮蔽板139的开口设于第1筒136的圆周面和第2筒137的圆周面之间。该状态下，在遮蔽板139的开口的下方设置收容活性物质源1301a的容器1301，使活性物质源蒸发。活性物质源通过加热装置(未图示)加热并蒸发。
蒸发的活性物质源，通过遮蔽板139的开口，入射第1筒136的圆周面及第2筒137的圆周面。此时，活性物质源从相对于集电体134的法线方向倾斜的方向入射。第1筒136的圆周面中，在集电体的一个面堆积活性物质，第2筒137的圆周面中，在集电体的另一个面堆积活性物质。
从下方供给的活性物质源的蒸气的对集电体表面的入射角度(集电体的法线方向和活性物质源的蒸气的入射方向所成角度)，随着集电体沿第1筒136或者第2筒137的圆周面向下方移动而变小。因此，柱状粒子弯曲成向集电体侧凸起。另外，在沿筒的圆周面移动的集电体上堆积活性物质时，与如图12的制造装置那样在直线地移动的集电体上堆积活性物质的情况相比，可增大柱状粒子的弯曲的程度，而且，活性物质源的蒸气的利用效率也提高了。另外，随着集电体沿第1筒136或者第2筒137的圆周面向下方移动，集电体附近的活性物质源的蒸气量变多。另外，随着柱状粒子的生长，其头部的露出变大，因此，柱状粒子的粒径，在头部附近大于底部附近。
图14是表示电极的制造装置的又一例的截面概略图。制造装置140具备真空室141和使其内部维持真空的排气泵142。从气导入管1402根据需要可向真空室141内导入氧和氮。从卷出辊143卷出的长条的集电体144，通过输送辊145a及145b，沿圆筒状的第1筒146的圆周面行进。然后，集电体144通过输送辊145c～145h，以翻转状态沿圆筒状的第2筒147的圆周面行进。最后，通过输送辊145i及145j，由卷取辊148卷取。
第1筒146及第2筒147，由具有开口的遮蔽板149从下方遮蔽。遮蔽板149的开口设于第1筒146的圆周面和第2筒147的圆周面之间。该状态下，在遮蔽板149的开口的下方，设置收容活性物质源1401a的容器1401，使活性物质源蒸发。
图13及图14的制造装置，第1筒和第2筒的直径相同，第1筒和第2筒的位置相对于活性物质源的位置设定成对称。因此，集电体的一个面形成的第1活性物质层的柱状粒子和另一面形成的第2活性物质层的柱状粒子的生长方向近似对称。若将第1筒和第2筒相对于活性物质源配置为非对称，则可以使第1活性物质层的柱状粒子和第2活性物质层的柱状粒子的生长方向为非对称。
活性物质源由电阻加热装置、感应加热装置、电子束加热装置等的加热装置(未图示)加热。通过这样的加热，硅和锡蒸发。在集电体的两面形成活性物质层时，在集电体的一个面形成第1活性物质层后，在另一面形成第2活性物质层。收容活性物质源的容器采用坩锅等。
向真空室导入氧气或氮气，在氧气氛或氮气氛中，蒸发硅、锡时，可形成包括含硅和氧的化合物、含硅和氮的化合物、含锡和氧的化合物、含锡和氮的化合物等的活性物质层。
上述的电极的制造方法特别适于制作负极，但是在制作正极时也可采用同样的方法，并根据需要进行改良。
上述的制造方法所获得的电极，通常是卷绕的状态，即辊状。此时，柱状粒子的头部比底部更靠辊的外周侧或内周侧位置。然后，根据需要，对活性物质层进行锂的蒸镀。该操作通常为了填补活性物质的不可逆容量而进行。
锂的蒸镀，可通过用金属锂取代活性物质源，进行与对集电体蒸镀活性物质的操作同样的操作。因此，锂的蒸镀的电极也是辊状，柱状粒子的头部比底部更靠近辊的外周侧或内周侧。
然后，通常进行以规定宽度裁断电极的操作。该操作包含卷出辊状的电极、裁断、卷取的操作。因此，裁断后的电极也为辊状，柱状粒子的头部比底部更靠近辊的外周侧或内周侧。就在构成电极组件之前，最好使柱状粒子的头部比底部靠近辊的内周侧。该状态下，通过开始进行正极、负极、隔膜的卷绕，柱状粒子的底部比头部更靠近电极组件的卷绕轴。因此，可以容易获得柱状粒子的头部比底部更靠近电极组件的外周侧的电极组件。
构成电极组件时，通常采用辊状的正极、辊状的负极、2个辊状的隔膜。在正极和负极之间，介入从一个辊卷出的隔膜，而且，在正极或负极的外侧配置从另一个辊卷出的隔膜，合计同时卷绕4层。此时，包含相对于集电体的法线方向倾斜的柱状粒子的电极，以柱状粒子的底部比头部更靠近卷绕轴的方式卷绕。结果，电极组件所包含的柱状粒子的头部比底部靠近电极组件的外周侧。
如上所述，在每次经过制作负极的工序、蒸镀锂的工序、裁断电极的工序、卷绕正极、负极及隔膜的工序等的工序时，原则上使卷绕方向逆转。本发明的电池，只要在形成最终的电池时卷绕成使柱状粒子的头部比底部靠近电极组件的外周侧Do即可。经上述的制造工序制作的电极组件，只要具有这样的卷绕方向，则不需要重卷工序。但是，仅通过上述制造工序，柱状粒子的头部没有比底部靠近电极组件的外周侧Do时，则在制造工序还插入1次或奇数次的重卷工序。从而，可适当调节电极组件的卷绕方向。
正极引线及负极引线最好在电极组件构成前预先分别与正极及负极连接。将获得的电极组件插入规定的电池盒(例如角型或圆筒型的电池罐)，将正极引线和负极引线与规定的端子(电池罐、封口板等)连接。然后，向电池盒内注入非水电解质。通过使电池盒的内部为真空状态，使非水电解质浸透电极组件。最后，用封口板等对电池盒封口，完成电池。
本发明的电池，例如，包含具有圆筒型、扁平型、角形等的形状的锂二次电池。电池的形状、密封形态没有特别限定。以下，说明圆筒型锂二次电池的一例的构造。
图15是本发明的圆筒型锂二次电池的纵截面图。带状的正极151和带状的负极152与介于它们之间的比两电极宽的带状隔膜153一起卷绕，构成电极组件154。正极151与铝等形成的正极引线155连接，其一端与在周缘设置有聚丙烯等形成的绝缘填料156的封口板157连接。负极152与铜等形成的负极引线(未图示)连接，其一端与收容电极组件154的电池罐158连接。在电极组件154的上下分别配置上部绝缘环(未图示)及下部绝缘环159。电极组件154被具有锂离子传导性的电解质(未图示)浸透。电池罐158的开口被封口板157塞住。
这里，正极151及负极152的至少一方(例如负极152)包含集电体和在其至少一个面担载的活性物质层。活性物质层包含具有底部和头部的柱状粒子，柱状粒子的底部与集电体附着，柱状粒子的头部比底部靠近电极组件154的外周侧。即，柱状粒子的生长方向从电极组件154的内周侧朝向外周侧。从柱状粒子的底部朝向头部的方向和集电体的法线方向所成角度在例如20°以上、70°以下。
最好，在集电体的一个面担载第1活性物质层，另一个面担载第2活性物质层，各活性物质层具有上述的构造。该场合，第1活性物质层所包含的柱状粒子的生长方向的与集电体平行的分量和第2活性物质层所包含的柱状粒子的生长方向的与集电体平行的分量所成角度在例如80°以上、90°以下。
电解质采用例如各种各样的锂离子传导性的固体电解质和非水电解液。非水电解液没有特别限定，最好采用在非水溶剂中溶解锂盐的非水电解液。非水电解液中的锂盐的浓度最好在0.5摩尔/L以上、2摩尔/L以下。
非水溶剂最好采用例如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等的环状碳酸酯类，碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等的链状碳酸酯类。另外，一般采用环状碳酸酯类和链状碳酸酯类的混合溶剂。在非水溶媒中也可混合γ-丁内酯或二甲氧基乙烷等。但是，非水电解液的组成没有特别限定。
锂盐采用例如6氟磷酸锂、4氟硼酸锂、亚胺锂盐等。其中，以6氟磷酸锂为主成分的非水电解液与以其他锂盐为主成分的非水电解液比较，电池特性更加良好。最好少量添加4氟硼酸锂或亚胺锂盐，与6氟磷酸锂组合。
隔膜和外装盒也没有特别限定，可任意采用各种各样的形态的电池中采用的材料。隔膜可采用例如聚烯烃制的微多孔性膜等。
接着，根据实施例具体地说明本发明。但是，以下的实施例不限定本发明。
实施例1
(i)负极的制作
负极集电体采用古河サ一キツトフオイル(株)制的厚度35μm的表面粗糙化铜箔(Ra＝1.8μm)。表面粗糙度Ra由日本工业规格(JIS B0601-1994)确定。活性物质源采用高纯度(5N)的块状硅单质。
采用图12所示的制造装置，按照以下步骤在长条的负极集电体上连续地形成负极活性物质层。制造装置120的真空室121的内部排气成真空。然后，向真空室121的内部导入氧。氧经由质量流控制器导入真空室121的内部。调节氧的流量，使活性物质层的成膜中的真空度成为0.03Pa左右。
上述的氧气氛中，使活性物质源即硅单质蒸发。首先，通过日本电子(株)制的270度偏向型电子束，用加速电压-10kV的电子束照射块状硅单质，使硅熔解。然后，逐渐提高电子束的发射电流，产生硅蒸气。
遮蔽板128的开口位置设置成使硅蒸气的入射方向和集电体的法线形成50～70°的角度。通过开口的硅蒸气与氧一起，从斜方向入射从输送辊125b到筒126的圆周面以斜方向移动中的负极集电体的表面。然后，担载活性物质层的集电体由卷取辊127卷取。活性物质层的厚度控制在15μm。
用XRF(荧光X线)分析活性物质的组成，为SiO0.3。
观察活性物质层时，活性物质层包含相对于集电体的法线方向倾斜的柱状粒子。与集电体的法线方向平行且与柱状粒子的生长方向平行地切断活性物质层，用电子显微镜观察其截面(截面C)。结果，从柱状粒子的底部朝向头部的方向和集电体的法线方向所成的角度β是约40°。
将担载活性物质层的负极集电体裁断为适于电极组件的制作的带状的尺寸(宽15mm、长340mm)，将其作为负极。此时，以从柱状粒子的底部朝向头部的方向的与集电体平行的分量与负极的长度方向平行的方式切出负极。在负极的长度方向中的一方的端部附近(不是位于柱状粒子的头部侧而是位于底部侧的端部)，在未担载活性物质层的负极集电体的背面焊接负极引线。
(ii)正极的制作
将正极活性物质即平均粒径约10μm的钴酸锂(LiCo2)粉末100重量份、导电剂即乙炔炭黑3重量份、粘接剂即聚1，1-二氟乙烯基粉末8重量份、适量的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)充分混合，制成正极合剂膏体。
将获得的膏体在厚度20μm的铝箔形成的正极集电体的单面涂布、干燥后，轧制，形成正极活性物质层。正极活性物质层的厚度取约75μm。然后，将担载活性物质层的正极集电体裁断为适于电极组件的制作的带状的尺寸(宽约13mm、长约330mm)，作为正极。在正极的长度方向中的一方的端部附近，在未担载活性物质层的正极集电体的背面焊接正极引线。
(iii)电极组件的制作
使正极活性物质层和负极活性物质层对向，在它们之间介入隔膜，卷绕正极和负极，构成圆筒型的电极组件。此时，为了使负极活性物质层的柱状粒子的头部比底部更靠近电极组件的外周侧，负极以具有负极引线的端部为卷绕轴侧。正极以不具有正极引线的端部为卷绕轴侧。另外，隔膜采用厚度20μm的聚乙烯制微多孔膜。电极组件和负极活性物质层的柱状粒子的倾斜方向的关系如图16的实施例1的栏所示。
(iv)电池的制作
将获得的电极组件插入用包含铝箔的叠片制作的盒，然后，将非水电解液注入盒内。非水电解液采用在碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的体积比1∶1的混合溶剂中以1摩尔/L的浓度溶解LiPF6的液体。使盒内为真空状态，并使电极组件被非水电解液浸透，然后，将盒密封。
实施例2
除了如图16的实施例2的栏所示卷绕电极组件以外，采用与实施例1同样的手法制作电池。
比较例1
除了如图16的比较例1的栏所示卷绕电极组件以外，采用与实施例1同样的手法制作电池。
比较例2
除了如图16的比较例2的栏所示卷绕电极组件以外，采用与实施例1同样的手法制作电池。
[评价]
(充放电试验)
对于实施例1、2及比较例1、2所制作的电池，以充放电速率0.1C(对与额定容量相当的电量充电或放电需要10小时的电流值)进行8循环的充放电。然后，以充放电速率1C(对与额定容量相当的电量充电或放电需要1小时的电流值)进行100循环的充放电。另外，充电终止电压设为4.05V，放电终止电压设为2.0V。
关于实施例1及比较例1的电池，令第1循环的放电容量为100％时的放电容量和充放电循环数的关系如图17A所示。另外，关于实施例2及比较例2的电池，令第1循环的放电容量为100％时的放电容量和充放电循环数的关系如图17B所示。
如图17A及图17B所示，可确认实施例1、2的电池与比较例1、2的电池相比，容量维持率较高。
(电池的形状)
对于实施例1、2及比较例1、2的各电池，将伴随上述的充放电试验的电池的变形程度用X线CT扫描进行测定并比较。测定在充放电开始前和充放电100个循环后进行。调查电极组件的横截面的长径(最大径)和短径(最小径)的比。结果如表1所示。
[表1]
 长径/短径(充放电前→100个循环后)
 实施例1  1.00→1.00
 比较例1  1.00→1.03
 实施例2  1.02→1.02
 比较例2  1.02→1.07
如表1所示，实施例1、2的电极组件中，电极组件的变形程度小。从而，认为可防止因电池或电极组件的变形导致的缺陷。例如，认为可防止电极组件的部分变形导致容量降低等的缺陷。
上述实施例中，说明了在集电体的单面形成活性物质层的情况，但是在集电体的两面形成活性物质层的情况下，也可获得电极组件的变形小、充放电循环特性佳的电池。
实施例3
用基于实施例1的方法，在负极集电体的两面形成负极活性物质层，用其制作图15所示的圆筒型电池。
(i)负极的制作
采用与实施例1同样的方法，在负极集电体的单面形成负极活性物质层后，从卷取辊127取出辊状的电极，将其与先前反向地设置到卷出辊123。在负极集电体的背面也连续地形成负极活性物质层。
但是，变更氧量等的制造条件，使负极活性物质层的厚度单面为17μm，由XRF分析获得的活性物质的组成为SiO0.4。
观察活性物质层时，活性物质层包含相对于集电体的法线方向倾斜的柱状粒子。从柱状粒子的底部朝向头部的方向和集电体的法线方向所成角度β在两面都为约40°。从一方的活性物质层的柱状粒子的底部朝向头部的方向的与集电体平行的分量和从另一方的活性物质层的柱状粒子的底部朝向头部的方向的与集电体平行的分量所成角度α为0°。
担载活性物质层的负极集电体裁断为适于电极组件的制作的带状的尺寸(宽60mm、长700mm)，作为负极。此时，以从柱状粒子的底部朝向头部的方向的与集电体平行的分量与负极的长度方向平行的方式切出负极。在负极的长度方向中的一方的端部附近(不是位于柱状粒子的头部侧而是位于底部侧的端部)中，削取活性物质层的一部分，在负极集电体上焊接负极引线。
(ii)正极的制作
将与实施例1相同的正极合剂膏体在厚度20μm的铝箔形成的正极集电体的两面涂布并干燥后，轧制，形成正极活性物质层。正极活性物质层的厚度设为约60μm。然后，将担载活性物质层的正极集电体裁断为适于电极组件的制作的带状的尺寸(宽约58mm、长约690mm)，作为正极。在正极的长度方向中的一方的端部附近，削取活性物质层的一部分，在正极集电体焊接正极引线。
(iii)电极组件的制作
与实施例1同样，卷绕正极和负极，构成圆筒型的电极组件。即，为了使负极活性物质层的柱状粒子的头部比底部更靠近电极组件的外周侧，负极以具有负极引线的端部为卷绕轴侧。正极以不具有正极引线的端部为卷绕轴侧。隔膜采用厚度20μm的聚乙烯制微多孔膜。
(iv)电池的制作
将获得的电极组件插入圆筒型的电池罐，将正极引线的一端与在周缘配置有聚丙烯制填料的封口板连接，负极引线的一端与电池罐连接。在电极组件的上下分别配置上部绝缘环及下部绝缘环。然后，与实施例1相同，向电池罐内注入非水电解液。使电池罐内为真空状态，并使电极组件浸透非水电解液，然后，将电池罐密封。
制作的电池的充放电试验与实施例1同样地进行。此时，充放电100个循环后的放电容量对第1循环的放电容量的比例(容量维持率)为90％。另外，充放电试验后的电池的形状用X线CT扫描确认时，确认电极组件的状态没有大的变化。
上述实施例中，说明了圆筒型电池，但是对角型电池，按照与圆筒型电池同样的原理，也可获得电极组件的变形小、充放电循环特性佳的电池。
本发明在柱状粒子具有复杂形状(例如锯齿形状和螺旋形状)时也有效。
图18表示柱状粒子具有锯齿形状时的一实施例。图18(a)是部分部展开的圆柱状的电极组件181从一方的底面侧观察的图。电极组件181包含带状的第1电极182、带状的第2电极183以及在它们间配置的带状的隔膜184。图18(b)是图18(a)的用虚线X包围的区域的放大示意图，表示第1电极182的截面。第1电极182包含集电体185和在其一面担载的活性物质层186。活性物质层186包含柱状粒子188，柱状粒子188的头部比底部更靠近电极组件181的外周侧(Do)。用这样的电极182制作电极组件，也可获得本发明的效果。另外，图18中，表示了仅仅在集电体的单面形成柱状粒子的情况，但是也可在两面形成。
图19表示柱状粒子具有螺旋形状时的一实施例。图19(a)是部分展开的圆柱状的电极组件191从一方的底面侧观察的图。电极组件191包含带状的第1电极192、带状的第2电极193以及在它们间配置的带状的隔膜194。图19(b)是图19(a)的虚线Y包围的区域的放大示意图，表示第1电极192的截面。第1电极192包含集电体195和在其一面担载的活性物质层196。活性物质层196包含柱状粒子198，柱状粒子198的头部比底部更靠近电极组件191的外周侧(Do)。用这样的电极192制作电极组件，也可获得本发明的效果。另外，图19中仅仅表示在集电体的单面形成柱状粒子的情况，但是也可在两面形成。
产业上的利用可能性
本发明在包含高容量的活性物质的电池尤其是锂二次电池中有效。根据本发明，可减轻活性物质膨胀时对隔膜或电极施加的压力。因此，活性物质粒子的形状维持及隔膜的细孔的确保变得容易。本发明的电池可用于例如便携信息终端、便携电子设备、家庭用小型电力贮藏装置、二轮汽车、电力汽车、混合动力汽车等的电源。但是，用途没有特别限定。

Claims (13)

1.一种电池，包含第1电极、第2电极、介于它们之间的隔膜以及具有锂离子传导性的电解质，上述第1电极和上述第2电极与介于其间的上述隔膜卷绕而构成电极组件，
上述第1电极包含集电体和担载于上述集电体的一个面上的活性物质层，
上述活性物质层包含具有底部和头部的柱状粒子，上述柱状粒子的底部与上述集电体附着，上述柱状粒子的头部比底部更靠上述电极组件的外周侧，
上述电极组件的外周侧是指靠近上述电极组件的卷绕结束位置侧的电极上的位置。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，上述第1电极是负极。
3.根据权利要求1所述的电池，其中，从上述柱状粒子的底部朝向头部的方向与上述集电体的法线方向(N)所成的角度是20°～70°。
4.根据权利要求1所述的电池，其中，从上述柱状粒子的底部朝向头部的方向的与上述集电体平行的分量与上述电极组件的卷绕轴所成的角度大于等于80°且小于等于100°。
5.根据权利要求1所述的电池，其中，上述柱状粒子以向上述集电体侧凸出的方式弯曲。
6.根据权利要求1所述的电池，其中，上述柱状粒子包含选自硅单质、硅合金、含硅和氧的化合物、含硅和氮的化合物、锡单质、锡合金、含锡和氧的化合物、以及含锡和氮的化合物中的至少一种。
7.一种电池，包含第1电极、第2电极、介于它们之间的隔膜以及具有锂离子传导性的电解质，上述第1电极和上述第2电极与介于其间的上述隔膜卷绕而构成电极组件，
上述第1电极包含集电体、担载于上述集电体的一个面上的第1活性物质层以及担载于上述集电体的另一个面上的第2活性物质层，
上述第1活性物质层包含具有底部和头部的柱状粒子A，上述柱状粒子A的底部与上述集电体附着，
上述第2活性物质层包含具有底部和头部的柱状粒子B，上述柱状粒子B的底部与上述集电体附着，
上述柱状粒子A的头部比底部更靠上述电极组件的外周侧，
上述柱状粒子B的头部比底部更靠上述电极组件的外周侧，
上述电极组件的外周侧是指靠近上述电极组件的卷绕结束位置侧的电极上的位置。
8.根据权利要求7所述的电池，其中，上述第1电极是负极。
9.根据权利要求7所述的电池，其中，从上述柱状粒子A的底部朝向头部的方向的与上述集电体平行的分量与从上述柱状粒子B的底部朝向头部的方向的与上述集电体平行的分量所成的角度大于等于0°且小于等于90°。
10.根据权利要求7所述的电池，其中，从上述柱状粒子A的底部朝向头部的方向与上述集电体的法线方向所成的角度是20°～70°，从上述柱状粒子B的底部朝向头部的方向与上述集电体的法线方向所成的角度是20°～70°。
11.根据权利要求7所述的电池，其中，从上述柱状粒子A的底部朝向头部的方向的与上述集电体平行的分量与上述电极组件的卷绕轴所成的角度大于等于80°且小于等于100°，从上述柱状粒子B的底部朝向头部的方向的与上述集电体平行的分量与上述电极组件的卷绕轴所成的角度大于等于80°且小于等于100°。
12.根据权利要求7所述的电池，其中，上述柱状粒子A以向上述集电体侧凸出的方式弯曲，上述柱状粒子B以向上述集电体侧凸出的方式弯曲。
13.根据权利要求7所述的电池，其中，上述柱状粒子A及上述柱状粒子B分别包含选自硅单质、硅合金、含硅和氧的化合物、含硅和氮的化合物、锡单质、锡合金、含锡和氧的化合物、以及含锡和氮的化合物中的至少一种。
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